Lydretning

Beregning av lydretning er evnen til å høre hvilken retning lyd kommer ifra, og er en evne både mennesker og dyr innehar.

Menneskets høresans bruker forskjellige måter å beregne retningen til på; tids-og volumforskjell mellom ørene, mønstergjenkjenning, tidsanalyse, korrelasjon og spektralanalyse. Dette gjør at ørene er veldig robuste og gode ved beregning av retningen til en lyd, men hos de fleste mennesker er denne sansen lite utviklet siden vi heller bruker øynene når det er ting vi kan se, denne evnen har blitt forsterket hos noen dyr da de kan vri på ørene. Med dagens teknologi kan vi lære av menneskeøret og bruke samme algoritmer til å utvikle systemer som med høy presisjon kan beregne retning for lyd.

Tidsforskjell

Tidsforskjell mellom ørene er en algoritme som tar utgangspunkt i lydhastigheten og tidspunktet da mikrofonene tar opp lyden. Lydhastigheten ved havnivå er på 340,29m/s. Hvis man da vet avstanden mellom mikrofonene kan man ved geometriske likninger (avhengig av antall mikrofoner man bruker) beregne hvor lyden kommer fra.

Eksempel: Et enkelt system med kun to mikrofoner plassert med en kjent avstand fra hverandre kan beregne retningen til en lyd innenfor 180 grader. Når en lydkilde avgir en lyd vil den ene mikrofonen ta opp lyden først (med mindre lydkilden står rett foran systemet). Tidsforsinkelsen mellom mikrofonene bruker man til å beregne avstandsforskjellen fra mikrofon A til lydkilden og fra mikrofon B til lydkilden. Når man har klart å beregne denne avstands-forskjellen har man alle dataene man trenger for å beregne retningen. For et system med to mikrofoner kan man bruke likningen "v = arcsin(x / d)" der "v" er vinkelen "x" er avstandsforskjelen og "d" er avstanden mellom mikrofonene. Ut i fra formelen ser man at når "x" = 0 (ingen tidsforsinkelse mellom mikrofonene) vil lykilden stå rett foran systemet, hvis "x" = "d" så vil lydkilden stå rett ved siden av systemet.

Mønstergjenkjenning

Mønstergjenkjenning er en fremgangsmåte der lydkilden kan eksempelvis være en bil, et menneske, eller noe annet som generer både hørbar, og ikke-hørbar lyd. Algoritmen analyserer signalet med hensyn på tid og frekvens, for deretter å trekke ut viktige akustiske parametre, man kan trene opp et system til å kjenne igjen spesielle lyder (signaler) eller egenskaper.

Korrelasjon

Korrelasjon er en algoritme som måler likheten mellom to signaler, man likheten måles på en skala fra -1 til 1:

• Korrelasjonskoeffisient = +1 - Perfekt linær samvariasjon
• Korrelasjonskoeffisient = 0 - Ingen linær sammenheng
• Korrelasjonskoeffisient = - 1 - Perfekt negativ samvariasjon

Hvis man har to like sinussignaler med lik amplitude og ingen faseforsyvning er korrelasjonskoeffisienten på 0, jo mer signalene blir faseforskjøvet og amplituden forandret i forhold til hverandre jo nærmere 1/-1 vil korrelasjonskoeffisienten nærme seg. Når korrelasjonskoeffisienten er lik 1 er signalene så ulike hverandre som de kan få blitt.